Геоэкологические проблемы КМА и пути их решения

Е.А.Котенко, д.т.н. АГН; В.Н.Морозов. д.т.н. ГЦ РАН

В.К.Кушнеренко, к.г-м.н. ГП «Невскгеология»; В.Н.Анисимов, к.т.н. АГН

На Лебединском железорудном месторождении Курской магнитной аномалии (КМА) 30 января 2003 г. была добыта миллиардная тонна железистых кварцитов, для этого ЛГОКу потребовалось чуть больше 30 лет. Второй миллиард тонн запланировано добыть через 20 лет.

Для КМА 2003 год является знаменательным также по многим другим событиям и датам. В этом году исполняется 220 лет факту обнаружения уникальной природной магнитной аномалии под Белгородом, 80 лет со дня вскрытия железистых кварцитов у Щигров, 70 лет со дня подъёма первой бадьи богатой железной руды Коробковского месторождения, 50 лет со дня открытия Яковлевского месторождения.

Железорудные месторождения КМА прослеживаются на территории 9 областей РФ, занимая площадь длиной 850 км и шириной до 200 км. Здесь разведано 18 месторождений железа с запасами 850 млрд. т железистых кварцитов и 80 млрд.т богатых железных руд, что составляет 60% запасов железных руд России и 20% мировых. Помимо железных руд в недрах КМА содержатся высококачественные бокситы, флюсовое и формовочное сырье, огнеупоры, стекольное сырье, строительные материалы, цементное, агрохимическое, химическое сырье и т.д. В зонах локализации железных руд присутствуют промышленные содержания золота, платины и платиноидов, меди, никеля, кобальта, хрома, редких и радиоактивных элементов [1, 2].

Таким образом, территорию КМА можно рассматривать как фундамент минерально-сырьевой безопасности нашей страны и можно с уверенностью утверждать, что объемы добычи и переработки минерального сырья на КМА будут возрастать. При этом, учитывая исчерпание запасов железорудного сырья на Урале и в Сибири, не исключается возможность перемещения центра черной металлургии в центрально-черноземный район. В этом случае зоной расширения горно-добычного комплекса (ГДК) скорее всего окажется Белгородская область, где уже разрабатывается открытым способом Лебединское и Стойленское месторождения железа (ЛГОК и СГОК) и подземным – Коробковское (Комбинат «КМАруда»). Кроме того, подготавливаются к разработке Яковлевское и Гостищевское месторождения, разведаны Салтыковское, Приоскольское и Чернянское месторождения.

Являясь промышленно развитым объектом РФ, Белгородская область дает стране сегодня 36.8% железных руд, 4.4% готового проката, 9.6% цемента, 20% шифера, 30% асбоцементных труб, 13% облицовочной керамики и другой промышленной продукции.

Вместе с тем, Центральный черноземный район (ЦЧР), в пределах которого располагается КМА, характеризуется высокой плотностью населения и обладает основными запасами уникальных по мощности и содержанию гумуса черноземными пахотными землями и имеет развитое сельскохозяйственное производство.

Технология же выпуска вышеуказанной промышленной продукции неразрывно связана с техногенными загрязнениями и нарушениями земель и окружающей среды (ОС). Так, по состоянию на начало 2000 года в Белгородской области всеми видами хозяйственной деятельности нарушено 88–90% территории, при допустимом предельном уровне прямого нарушения земель для ЦЧР не более 70% [3]. Только данный фактор может привести к полному исчезновению природной флоры и фауны на обширных территориях. Особенно интенсивно факторы загрязнения нарушения ОС проявляются в пределах Старооскольско-Губкинского промышленного района, где на ограниченной территории сконцентрировано около 185 промышленных предприятий. Суммарные валовые выбросы вредных веществ промышленными объектами района достигают 100 тыс. т в год, при этом до 60% выбросов пыли приходится на стационарные, передвижные источники и зоны нарушенных земель ГДК.

Как следствие, вокруг центра тяжести выбросов техногенной пыли сформировалась фиксируемая с 1990 г. на космических снимках устойчивая зона запыления воздуха радиусом до 40 км, способствующая загрязнению ландшафтов и почвы тяжелыми металлами (ТМ) и другими вредными веществами. В зоне ГДК сформировалась техногенная аномалия загрязненных почв эллипсовидной формы с ориентацией длинной оси вдоль преобладающего направления ветров. Модуль техногенной нагрузки на ландшафты в центральной зоне аномалии превышает 4000 кг/га в год. Протяженность зоны запыления почв по длинной оси составляет 40 км, по короткой – до 30 км. Концентрация ТМ в почвах колеблется от 100 до 2 фонового природного содержания.

Особую опасность для окружающей среды района представляет радиационное загрязнение атмосферы радоном и его короткоживущими дочерними продуктами распада, а также долгоживущими естественными радионуклидами (ЕРН), содержащимися в витающей минеральной пыли (радиоактивных аэрозолях). Радиоактивные аэрозоли поступают в воздушную среду при буровзрывных работах, при дроблении руды на обогатительных фабриках, а также при пылении отвалов, хвостохранилищ и складов готовой продукции.

Имеющаяся гидравлическая связь между подземными водоносными горизонтами создает условия для проникновения в них загрязненных поверхностных вод.

Откачка воды привела к образованию депрессионной воронки вокруг карьера ЛГОКа на площади 350 км2. В балке Чуфичевой, заполняемой хвостами обогащения, образовался купол растекания грязных технических вод с потерями на инфильтрацию до 7–8 тыс. м3/час. Реки Осколец и Чуфичка превратились в техногенные и существуют за счет сброса в них сточных и технических вод [7]. Среднегодовой сток р. Осколец снизился в 2 раза по отношению к природному, а среднегодовой сток р.Чуфички за счет инфильтрации технических и грязных вод из хвостохранилищ увеличился в 2 раза. Начался процесс непрерывного загрязнения подземных вод техногенными отходами и ТМ на обширных территориях с нарушенным режимом. В настоящее время зона нарушения режима подземных вод составила около 6 тыс.км2 по верхнему и 20 тыс.км2 по нижнему водоносным горизонтам [5].

До начала промышленного освоения района речные воды по качеству были близки к питьевым. В водах колодцев и родников отсутствовали даже такие индикаторы техногенного загрязнения, как нитраты и нитриты. В настоящий период в них присутствуют азот аммонийный, нитраты, нитриты, ТМ, техногенная органика и нефтепродукты. Общая минерализация подземных вод увеличилась в 3 раза, содержание в них сульфатов в 5–6 раз.

В отдельных пробах питьевой воды г. Ст. Оскола и г. Губкина установлено присутствие до 6 ПДК железа, до 1.5 ПДК марганца, до 3 ПДК солей ТМ. В 23.7% проб отмечается микробное загрязнение. Требованиям санитарных норм не отвечает 26% колодцев в сельской местности. Анализы питьевой воды г. Губкин (ЦАЛ ГП «Невскгеология») показали, что содержание в ней урана в 40 раз, а тория в 3 раза больше, чем в воде Санкт-Петербурга.

Вероятной, но не единственной причиной установленного факта является влияние мощной депрессионной воронки и подпитка подземных вод загрязненными ЕРН дренажными и сточными водами. Проведенные расчеты, основанные на содержании ЕРН в отстойных водах хвостов, показали, что ежегодно из хвостохранилищ ЛГОКа и СГОКа в водную систему района выносится 4 т урана и 35 т тория. Этот объем радиоэлементов относительно свободно достигает водоносных горизонтов в связи с тем, что хвостохранилища располагаются в пределах влияния зон повышенной проницаемости горных пород.

В 1900–1905 г.г. мощность типичных черноземов для КМА достигала 2 и более метров, а содержание в них гумуса превышало 16%. В настоящий период содержание гумуса в типичных черноземах не превышает 6–8%, а в серых лесных почвах – 1.7–2.5%.

В зонах, захваченных депрессионной воронкой, отмечается снижение урожайности сельхозкультур на 10–60% и усыхание древесной растительности [8].

Работами ВГУ, НИИКМА [8,9] доказано, что сегодня опасно для здоровья человека использовать в рационе питания продукты животноводства, полученные на фураже, заготовленном в радиусе до 5–7 км от карьеров. Не рекомендуется также употреблять в пищу зерновые культуры, выращенные на землях в радиусе до 15–17 км от источника пылевыбросов ГДК.

Помимо факторов техногенных нарушений и загрязнений воздушной, водной среды и природных ландшафтов на территории Старооскольско-Губкинского района имеет место прогрессирующее развитие процессов аномального изменения геохимических, гидродинамических, аэродинамических, звуковых, магнитных, электрических, гравитационных, радиационных, вибрационных и других факторов. Указанные факторы относятся к антропогенным и подпадают под категорию условий, опасных для существования растительного и животного мира, человека. Все они относятся к категории экологической опасности и во всем мире изучение данных явлений и разработка мероприятии по их нейтрализации осуществляются в соответствии c «3аконом об экологической безопасности», который рассматривает концепцию «защищенности личности, общества и государства от последствий антропогенного воздействия на окружающую природную среду» [10]. Необходимость в обеспечении такой защиты давно назрела в Старооскольско-Губкинском районе и в Белгородской области в целом. Об этом свидетельствует, прежде всего, состояние здоровья населения: по данным Государственного комитета по охране ОС Белгородской области за 10 лет (1991–1999 гг.) хронические формы патологии увеличились в 2 раза; болезни крови и кроветворных органов – в 3.9 раза; новообразования – в 1.4 раза; число врожденных аномалий увеличилось в 2.4 раза. Ухудшение медико-демографических показателей населения области отмечается с 1986 года. Это свидетельствует о низкой эффективности способов защиты ОС и ставит под угрозу выполнение «Программы улучшения качества жизни белгородцев», принятой главой администрации области Е.С. Савченко в январе с.г. Вместе с тем уже более 10 лет не проводятся комплексные исследования причин прогрессирующего развития процессов деградации ОС. В области отсутствует единый независимый экологический центр, который мог бы координировать работу специалистов различного профиля и объективно оценить природу и масштабы проявления негативных процессов, разработать программу оздоровления ОС и определить условия сбалансированного подхода к решению задач по расширению объемов добычи и переработки минерального сырья при смягчении противоречий между факторами сырьевой и продовольственной безопасности области, сохранить от уничтожения уникальные черноземные почвы, а также улучшить здоровье и медико-демографическое состояние населения.

Тематическая направленность, работы центра должна включать:

- обобщение результатов исследований, проведенных на территории Старооскольско-Губкинского района, и выявление закономерностей и причин процессов деградации ОС во времени и пространстве;

- координацию работ специалистов различного профиля;

- разработку концепции природопользования на ближайшее время и на перспективу с учетом максимального смягчения противоречий между техногенными и природными факторами района;

- разработку программ поэтапного восстановления основных элементов природной среды до уровня способности природных систем к самовосстановлению.

Для решения геоэкологических проблем КМА в ближайшее время необходимо:

- поэтапно перейти на открыто-подземный способ отработки железистых кварцитов;

- создать систему эффективной гидроизоляции от подземных вод на существующих карьерах (ЛГОК, СГОК, МГОК);

- оборудовать современными очистными сооружениями все источники сточных вод;

- построить систему дамб для создания прудков-накопителей поверхностных вод с последующей очисткой ближайших русел рек и родников в зоне депрессионной воронки в верховьях логов и балок;

- решить вопросы перемещения и складироваия в выработонное пространство карьеров ЛГОКа, СГОКа, МГОКа отвалы вскрышных пород и отходов обогащения;

- утилизировать вредные компоненты газоочистки горнометаллургического передела;

- разработать системы пылегазоподавления, сейсмозащиты и воздействий от ударно-взрывной волны (УВВ);

- применять системы автоматизированного геоэкологического контроля за пылегазовыми выбросами, сейсмическими воздействиями и УВВ в процессе БВР.

Вместе с тем, одним из важнейших является вопрос разработки принципиально новых ресурсосберегающих, безопасных и экологичных технологий добычи и переработки минерального сырья КМА, предусматривающих комплексное использование недр, селективную выемку полезных ископаемых, захоронение вредных отходов производства и т.д. Актуальным остается также вопрос изучения в районе КМА пространственного расположения активных разломов и их влияния на состояние здоровья населения.

Литература:

1. Анисимов В.Н. Котенко Е.А. Кушнеренко В.К. Морозов В.Н. Пути решения геоэкологических проблем безопасной эксплуатации горно-металлургического комплекса КМА. Доклады Научного симпозиума «Неделя-горняка», МГГУ, Москва, 2001 г. ГИАБ, №1, 2002, с. 105–109.

2. Кушнеренко В.К. Котенко Е.А. Анисимов В.Н. Радиогеохимические особенности и общая радиоэкологическая ситуация на территории действующих железорудных комбинатов КМА. В сб. Международной конференции «Освоение недр и экологические проблемы – взгляд в XXI век», – М. Изд-во АГН, 2001, с. 246–254..

3. Мирзоев Г.Г. Мирзоев Б.А. Иванов Б.А. Щербаков В.М. Проскуряков Н.М. Экология горного производства. М. Недра, 1991,3 20 с.

4. Состояние окружающей природной среды Белгородской области в 1999–2001 г. Белгородский областной комитет экологии, 2000–2001 г.

5. Гальперин А.Н. Ферстер В. Шеф Х. Ю. Техногенные массивы и охрана окружающей среды. –М. МГГУ, 1977. –534 с.

6. Савицкий П. Т. Гидрогеологический очерк Курской магнитной аномалии (КМА). –М. Гостоптехиздат, 1939.–60 с.

7. Косинова И. И. Теоретические основы крупномасштабных экологических исследований. – Воронеж: ВГУ, 1998. – 255 с.

8. Терентьев В. И. Основные положения горного природопользования. Проблемы рационального использования и охраны недр. –М. ИПКОН, 1982. –с.3–23.

9. Титовский В. И. Медведев А. Е. Геохимические особенности техногенного загрязнения почв и растительности Оскольского промышленного района. Комплексное развитие КМА. – Губкин: НИИКМА, 1986. –с. 131–139.

10. Серов Г. П. Правовое регулирование экологической безопасности при осуществлении промышленных и иных видов деятельности. – М. Ось–89, 1998.

11. Балашов А.Г. Анисимов В.Н. Освоение месторождений богатых железных руд КМА для производства высококачественного металлургического сырья. Вторая Международная конференция по проблемам рационального природопользования, ТУЛА, 2002.

12. Мельников Е.К. Влияния активных разломов на размещение городов и состояния здоровья их населения ВНИМИ, 2-е Международное рабочее совещание. Проблемы геодинамической безопасности, С-Петербург, июнь 1997 г.

13. О санитарно–эпидемиологической обстановке в Белгородской области 1997г. Областной доклад, Белгород, 1998 г.

14. Экономика Белгородчины в 2002г. Раздел «Социальная сфера и уровень жизни»

15. «Белгородская правда» от 7 февраля 2003 г.

Журнал "Горная Промышленность" №2 2003, стр.